5浅谈四项常规无损检测在压力容器制造中的选用

1浅谈四项常规无损检测在压力容器制造中的选用童天海（安徽六方深冷股份合肥230088）摘要结合新版JB/T4730-2005《承压设备无损检测》，对压力容器产品制造过程中焊缝无损检测需要注意的几个方面进行总结，以引起同行们的注意。关键词无损检测UT超声检测RT射线检测PT渗透检测MT磁粉检测1前言压力容器是一种可能引起爆炸或中毒等危害性较大事故的特种设备，一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾、中毒、污染环境等灾难性事故，所以压力容器比一般机械设备有更高的安全要求。无损检测是压力容器安全管理的重要环节。目的就是防止压力容器发生失效事故，特别是预防危害最严重的破裂事故发生。因此，压力容器检验的实质就是失效的预测和预防。现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。2对焊缝内部的无损检测射线探伤和超声波探伤是对焊缝内部进行无损检测的主要方法。对于焊缝中的裂纹、未熔合等面状危害性缺陷，超声波比射线有更高的检出率。随着现代科技快速发展，技术进步。超声仪器数字化，探头品种类型增加，使得超声波检测工艺可以更加完善，检测技术更为成熟。但众所周知：超声波探伤中人为因素对检测结果影响甚大；工艺性强；故此对超声波检测人员的素质要求高。检测人员不仅要具备熟练的超声波探伤技术，还应了解有关的焊接基本知识；如焊接接头形式、坡口形式、焊接方法和可能产生的缺陷方向、性质等。针对不同的检测对象制定相应的探伤工艺，选用合适的探伤方法，从而获得正确的检测结果。2.1射线检测局限性2.1.1辐射影响，在检测场地附近，防护不当会对人体造成伤害。2.1.2受穿透力等局限影响，对厚截面及厚度变化大的被检物检测效果不好。2.1.3面状缺陷受方向影响检出率低。2.1.4不能提供缺陷的深度信息。2.1.5需接近被检物体的两面。2.1.6检测周期长，结果反馈慢。设备较超声笨重，成本高。X射线与γ射线的一般特性：X射线和γ射线一样，是一种高能电磁辐射，有较强的穿透能力，且只有通过与物质相互作用，才能使物质间接地产生电离效应。X射线和γ射线的不同之处在于：=1\*GB3①其能量低于γ射线；=2\*GB3②产生的机制不同，γ射线由放射性核素自发衰变释放出，而X射线通常是由高速电子轰击金属钯产生的。且X射线电磁波，具有光波的一切特性（如反射、折射、干涉等），波长极短（0.001nm到1nm）22.2超声检测局限性：2.2.1由于操作者操作误差导致检测结果的差异。2.2.2对操作者的主观因素（能力、经验、状态）要求很高。2.2.3定性困难。2.2.4无直接见证记录（有些自动化扫查装置可作永久性记录）。2.2.5对小的（但有可能超标的缺陷）不连续性重复检测结果的可能性小。2.2.6对粗糙、形状不规则、小而薄及不均质的零件难以检查。2.2.7需使用耦合剂使波能量在换能器和被检工件之间有效传播。超声波的一般特性：超声波是机械波（光和X射线是电磁波）。超声波基本上具有与可闻声波相同的性质。它们能在固态、液态或气态的弹性介质中传播。但不能在真空中传播。在很多方面，一束超声波类似一束光。向光束一样，超声波可以从表面被反射；当其穿过两种声速不同物质的边界时可被折射（实施横波检测基理）；在边缘处或在障碍物周围可被衍射（裂纹测高；端点衍射法基理）。常规超声波检测不存在对人体的危害，它能提供缺陷的深度信息和检出射线照相容易疏漏的垂直于射线入射方向的面积型缺陷。能即时出结果；与射线检测互补。焊缝内部质量一般用射线来检测。但对于厚壁容器或焊缝中的裂纹、未熔合等危险性缺陷,超声检测方法优于射线检测。JB4730修订版对母材厚度为8～300mm的全焊透熔化焊对接焊缝的超声检测进行了明确规定。并指出应检测到整条焊缝、熔合线和热影响区。而过去人们认为,对焊缝的超声检测只是检测焊缝。3对焊缝表面及近表面的无损检测磁粉探伤和渗透探伤是对焊缝表面及近表面进行无损检测的主要方法。对于焊缝表面中的气孔、裂纹等危害性缺陷，磁粉比渗透有更高的检出缺陷灵敏度。随着现代科技快速发展，技术进步。磁粉探伤机类型增加，使得磁粉检测工艺可以更加完善，检测技术更为成熟。但众所周知：磁粉探伤只针对铁磁性材料且非荧光性磁粉对工作人员的视力也有较高要求；故此对磁粉波检测人员的素质要求高。而渗透检测适用于非多孔性材料，它适用范围广，但检测灵敏度较低对焊缝表面质量要求也很高。所以检测人员不仅要具备熟练的表面检测探伤技术，还应了解有关的焊缝材料材质、表面检验及可能产生缺陷的情况；如焊缝表面尽量打磨光亮及管座式C、D类焊缝圆滑过渡等。针对不同的检测对象制定相应的探伤工艺，选用合适的探伤方法，从而获得正确的检测结果。3.1磁粉检测的局限性3.1.1.不能检测非铁磁性材料;3.1.2不能检测较深的缺陷，只适用于检测表面及近表面缺陷;3.1.3.对检测环境光照对比度有要求；3.1.4.用直接通电法和触头法时，易产生电弧烧伤工件；3.1.5.对被检测物体表面光洁度有一定要求；3.1.6.与工件表面几乎平行的分层不易发现。磁粉检测的特性：是缺陷处漏磁场与磁粉的磁相互作用，即铁磁性材料或工件磁化后，探伤机在表面和近表面如有不连续性存在，则在不连续性处磁力线离开工件和进人工件表面发生局部畸变产生磁极，并形成可检测的漏磁场，它吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。3.2渗透检测的局限性3.2.1.不能检测多孔性材料;3.2.2.不能检测较深的缺陷，只适用于检测表面开口缺陷;33.2.3.渗透剂有毒且易燃易爆；3.2.4.检测程序繁琐，速度慢，试剂成本较高；3.2.5.对被检测物体表面光洁度有一定要求；3.2.6.灵敏度低于磁粉检测，对于埋藏缺陷或闭合性表面缺陷无法测出渗透检测特性：是利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入固体材料表面开口缺陷处。再通过显像剂将渗入的渗透液析出到表面显示缺陷的存在。4制造检验中四项常规无损检测是相辅相成的现在无损检测探伤中超声检测与射线检测是对产品质量把关不可忽视的一个重要环节，但焊缝表面检测也至关重要，所以在制造生产过程中对无损检测的工艺选取就显得尤为重要了。实际工作中因考虑多方因素选取最适合的探伤方法。1、例我公司在2010年制造一台甲醇合成反应器外壳，本台设备是台多层产品，筒体及封头选用的材料都是15CrMo。因为设计产品的时候是5月份，天气正热，所以图纸设计未考虑到特殊材料焊前要加热焊后要保温冷却这一重要的环节，造成了本台产品后期检验中出现很多缺陷问题，以下仅对无损检测方法选用：A．本台产品钢板15CrMo因为板厚200mm，由于钢板厚度过大一种检测手段无法保证产品检测准确性，为了确保后期检测结果准确，结合JB/T4730-2005,UT与RT检测互相结合且根据规定采用焊后24小时进行检测，因板厚超出Co60最大透照范围，故采用两次焊接分开探伤：①首先由焊工在外焊至140mm的厚度（因我公司Co60机子并非新机子，透照厚度为140mm左右），进行RT探伤对外层焊缝的焊接质量进行检测同时进行UT可记录探伤⑴因为RT检测需要时间较长，先UT检测先检测出结果，在UT探伤机上只能反映出2处较大长度的缺陷⑵再用Co60(钴)进过4个小时的拍片，经过暗室处理，底片出来后发现有很多细小黑，反而UT检出的两处缺陷在射线底片上反映不太明显，不太明显的不规则灰雾度。⑶经过焊工返修细小黑丝全部是由于焊接前未加热及焊后未保温冷却从而引起的冷裂纹，而超声做出的两处缺陷是清根不干净造成的夹渣。从射线底片和超声记录进行对比，射线对体积形式的缺陷检测敏感度比超声更高，而对于夹渣、气孔等面积形式的缺陷超声检测比射线更灵敏。B．本台产品封头与人孔接管对接焊缝，检测工艺根据JB/T4730-2005标准规定采用超声检测和磁粉检测对接管角焊缝内外表面进行检验且满足焊后24小时在实际操作中由于公司为了提高生产效率焊后未保温冷却24小时，焊后一段时间就进行检测，当时检测结果未出现有表面裂纹等缺陷显示，因为是产品最后环节，所以由焊工检查员等交验完毕后整体进行热处理，后进行水压试验，试压结果发现接管表面出现延伸裂纹，产生裂纹的原因很多但在无损检测环节没有发现缺陷的原因只有探伤作业人员的素质水平和未按要求在施焊后24小时候再进行无损检测。2、例我公司在2012年制造一台水冷却器，因换热管材质20，属于铁磁性材料，设计及检测工艺则要求换热管与管板焊接接头采用磁粉检测检测方法。在实际探伤过程中，因为换热管直径很小，管板上的焊接接头相当多，造成焊后表面清理相当困难，为了提高生产效率，经制造方、设计部门及容器使用单位一致决定，将MT改成PT检测。渗透检测相对于磁粉检测表面要求的光洁度等不高，且产生缺陷对比度很清晰，用渗透检测检测出，少量的气孔和很小的表面裂纹，经打磨完成后，进行管程水压试验，再慢慢的提压过程中发现焊缝有渗水，为了找出缺陷，又进行一遍PT检测，但检测结果未发现问题。最后采用MT检测，发现管板与换热管最外层有裂纹产生。分析可能是表面有油渍等造成4了闭口形的缺陷，是PT检测的灵敏度降低，MT检测缺陷灵敏度高于PT，但是对焊缝检测环境要求太高，而后多次产品出现同样的PT缺陷未检出，发现铁磁性材料优先采用MT检测。在各种焊缝检测过程中，由于环境及其材质等影响，为了使检测结果能更全面对产品负责，无损检测人员应该在工作实践中总结经验，并采用多种探伤方法全面控制产品质量。5制造检验中错判的缺陷及可能产生的原因现场无损检测探伤中现场环境及仪器错误显示、人员操作不当等都可能产生伪缺陷。以下举几个在实际工作发现的供同行参考。5.1在射线探伤中，条形缺陷和未融合、未焊透等不容易区分，例我公司生产的低温罐，外筒体对接终接焊缝（焊缝结构如下图），材质都为Q245R，因为焊接方式是采用在外侧单面焊接内表面加垫板防止烧穿等，公司一直采用100%RT射线检测一次性周向曝光为了提高效率，连续一半的底片上出现焊缝一边有断断续续的缺陷显示。图1焊缝结构图5.1.1底片显示，因板厚为24mm，Ⅱ级合格，若按条形缺陷评判，单个缺陷长度测量不超过3mm，由JB/T4730.2-2005标准≤T/3且≤20mm，且不超过6L相邻间距条形缺陷累计长度不超过T（T为板厚，L为其中最大缺陷长度），因此不需要返修处理。5.1.2对于无法准确判定是否属于危害性较大的缺陷，我们探伤人员和责任工程师经过商议，返修最多缺陷的一张片子，现场发现底部垫板与筒体处因为小量的错边，底部空隙不紧密，造成中间有大量的未熔合和夹渣。5.1.3场观察发现，垫板焊缝底片中，若类似不规则但在焊缝边缘附近且在一直线上，再根据现场观察是否有错边现象，也可根据焊工的施焊电流和焊速等多方面判断上述缺陷定性为未熔合。5.2在厚板及厚管环缝超声波探伤时，常发现检测背面3—8mm深度范围内的熔合线附近有不同长度连续的超标反射回波，有时甚至在焊缝长度都会有此反射波，以我单位60mm的厚管节为例，其焊缝结构如图。使用这叫K2的探头和数字式增益型探伤仪，其回波指示位置见表，且波幅均在DAC曲线Ⅱ区，甚至会超过Ⅲ区。对于这样的反射波，最基本的判断就是未熔合或是母材缺陷，当在探测对立面用手沾点水放在焊缝处，波形就会有明显变化。图2超声波探伤回波位置5表1回波位置回波编号声程指示水平指示深度指示1107.092.653.52104.089.251.53103.589.251.5经过现场砂轮打磨检测对立面焊缝，波幅会逐渐降至甚至消失。这说明焊缝是来自于检测背面焊缝表面余高产生的伪缺陷波幅。在工作中检测环向余高过大的焊缝也经常会出现类似情况。这种现象极易导致误判造成不必要的返修。5.3在磨平不锈钢焊缝表面检测中，经常会把焊缝表面的砂轮印子和裂纹混淆，造成误判。例公司外购一批复合板含拼缝，再公司对拼缝表面复验时发现有裂纹，如图2所示。由图红色圈里的显示为裂纹，而绿色标记为砂轮印子。图3焊缝裂纹5.3.1较深所以渗透剂渗入内部